锅炉的构造-单元2.ppt

单元2锅炉的构造 目录 2 1汽包及其内部装置 汽包又叫锅筒 是锅炉最重要的受压元件 其作用为 1 接受锅炉给水 同时向蒸汽过热器输送饱和蒸汽 连接上升管和下降管构成循环回路 是加热 蒸汽与过热三个过程的连接枢纽 2 锅筒中储存一定量的饱和水 具有一定的蒸发能力 储存的水量愈多 适应负荷变化的能力就愈大 3 锅筒内部安装有给水 加药 排污和蒸汽净化等装置 以改善蒸汽品质 锅筒是由钢板焊接而成的圆筒形容器 由筒体和封头两部分组成 工业锅炉筒体长度为2 7m 筒体直径为0 8 1 6m 壁厚为12 16mm 锅筒两端的封头是用钢板冲压而成 并焊接在筒体上 在封头上开有椭圆形人孔 人孔盖板是用螺栓从汽包内侧向外侧拉紧的 锅炉按锅筒分类 有双锅筒锅炉和单锅筒锅炉 双锅筒锅炉有一个上锅筒 一个下锅筒 上下锅筒由对流管束连接起来 单锅筒锅炉只有一个上锅筒 2 1汽包及其内部装置 锅筒由上升管与下降管连接起来组成自然循环回路 上锅筒内汇集了循环回路中的汽水混合物 常设有汽水分离装置 给水分配管 为了改善锅炉水的品质 有的锅炉还设有连续排污管和加药管 下锅筒内则有定期排污装置 图2 1为一般蒸汽锅炉上锅筒的内部装置示意图 2 1汽包及其内部装置 2 1汽包及其内部装置 图2 1上锅筒内部装置示意图 锅炉给水一般均含有少量杂质 随着锅炉水的不断蒸发和浓缩 锅炉水杂质的相对含量会越来越高 即锅炉水含盐浓度增大 又由于受热面各上升管进入上锅筒的汽水混合物具有很高动能 会冲击蒸发面和汽包内部装置 引起大量的锅炉水飞溅 这些质量很小的水珠很容易被流速很高的蒸汽带走 于是蒸汽携带了含盐浓度较高的锅炉水而被污染 即蒸汽品质恶化了 品质恶化的蒸汽会在蒸汽过热器或换热设备及阀门内结垢 这样不仅影响设备的传热效果 而且影响设备的安全运行 因此 保持蒸汽的洁净 降低蒸汽的带水量是非常重要的 2 1汽包及其内部装置 对于低压小容量的锅炉 由于对蒸汽品质要求不高 且上锅筒的蒸汽负荷较小 可以利用上锅筒中蒸汽空间进行自然分离或装设简单的汽水分离装置 对于较大容量的锅炉 单纯采用汽水的自然分离已不能满足要求 需要在上锅筒内装设汽水分离装置 汽水分离装置形式很多 按其分离的原理可分为自然分离和机械分离两类 自然分离是利用汽水的密度差 在重力作用下使水 汽得以分离 机械分离则是依靠惯性力 离心力和附着力等使水从蒸汽中分离出来 目前 供热锅炉常用的汽水分离装置有水下孔板 挡板 匀汽孔板 集汽管 蜗壳式分离器 波形板及钢丝网分离器等多种 2 1汽包及其内部装置 在上锅筒水面以下设置开有许多小孔的钢板 称水下孔板 如图2 2所示 水下孔板应用于汽水混合物自水空间引入上锅筒的锅炉 2 1汽包及其内部装置 图2 2水下孔板 2 1 2 1水下孔板 当汽水混合物被引入锅筒汽空间时 在汽水引入管的管口可装设挡板 如图2 3所示 以形成水膜和削减汽水流的功能 蒸汽在流经挡板间隙时因急剧转弯 又可从汽流中分离出部分水滴 起着汽水的粗分离作用 2 1汽包及其内部装置 2 1 2 2挡板 图2 3挡板 汽水混合物的引入速度不宜过大 否则易把水膜冲碎成细小水滴 不利于分离 为减慢抵达挡板时的流速 挡板与管口之间应保持有不小于两倍引入管管径的距离 两挡板间应有合适的空隙截面 以便此处蒸汽速度保持在1 5 4 5m s 此外 挡板与汽水流动方向的夹角 应小于45 以平稳地消除动能 否则会使汽冲破水膜而成水滴飞溅 2 1汽包及其内部装置 匀汽孔板与水下孔板工作原理基本相似 是借小孔节流作用使锅筒汽空间各处负荷均匀 通常孔板均匀开孔 如图2 4所示 孔径可取8 10mm 孔间间距不宜大于50mm 蒸汽穿孔流速为13 27m s 工作压力高时 流速可取低值 为了增加锅筒汽空间重力分离效果 孔板尽量装得高些 以增加蒸汽空间的有效分离高度 但要注意孔板顶上空间的纵向蒸汽流速w1不宜过大 一般控制在低于穿孔流速wk的一半 即w1 12wk 2 1汽包及其内部装置 2 1 2 3匀汽孔板 如果锅筒顶部蒸汽引出管数目很少 为使锅筒汽空间负荷分配均匀 则可采用不均匀开孔的孔板 显然 远离蒸汽引出管的部位应多开孔 靠近引出管的部位应少开孔 2 1汽包及其内部装置 2 1汽包及其内部装置 图2 4匀汽孔板 在小型锅炉中 蒸汽引出管有时只有一根 为了均匀汽流又简化结构 可采用集汽管分离汽水 包括缝隙式集汽管和抽汽孔集汽管 如图2 5所示 2 1汽包及其内部装置 2 1 2 4集汽管 图2 5集汽管 a 抽汽孔集汽管 b 缝隙式集汽管 缝隙式集汽管是在管侧面开一条连续的等腰梯形缝 沿锅筒长度方向装置在汽空间的顶部 缝宽沿管内汽流方向逐渐减小 以保证均匀集汽 抽气孔集汽管与缝隙式集汽管一样 装于汽空间顶部 长度不宜小于锅筒长度的2 3 所开的小孔孔径一般取8 12mm 集汽管装置构造简单 分离效果较差 常用于对蒸汽品质要求不高的小型锅炉 2 1汽包及其内部装置 蜗壳式分离器是一种利用离心分离原理的装置 如图2 6所示 蒸汽由分离器上部切向进入蜗壳后 经小孔折入内装的集汽管 再由集汽管汇集到蒸汽引出管引出 由于蒸汽切向进入的离心作用 使水滴粘附于壁面上流入疏水管中排入水空间 蜗壳分离器的总长度不小于上锅筒直段长度的2 3 由于蒸汽在蜗壳内经过多次转弯 受离心力的作用 分离效果较好 一般用于蒸发量较小 对蒸汽品质要求较高的锅炉 2 1汽包及其内部装置 2 1 2 5蜗壳式分离器 2 1汽包及其内部装置 图2 6蜗壳式分离器 波形板分离器由多块波形板相间排列组成 有水平式和竖立式两种 如图2 7所示 波形板分离器适用于装有蒸汽过热器或对蒸汽品质要求较高的锅炉 2 1汽包及其内部装置 2 1 2 6波形板分离器 图2 7波形板分离器 a 水平式波形板分离器 b 竖立式波形板分离器 波形板用0 8 1 2mm的钢板压成 边框用2 3mm的钢板制作 每组波形板大小以能通过锅筒上的人孔为限 相邻两块波形板的间距为10mm 水平布置时 其长度要求超过锅筒直段长度的2 3 竖立式布置时 应尽可能使蒸汽在汽空间的行程长些 饱和湿蒸汽在波形板组成的曲折通道中通过时 水滴受惯性力的作用被甩到波形板上 靠重力下流达到汽水分离的目的 波形板的底部应加装疏水管 且应延伸至锅筒最低水位以下 波形板应与匀汽孔板配合使用 蒸汽先经波形板再经匀汽孔板 为获得较好的分离效果 波形板的上沿与匀汽孔板之间应保持一定距离 一般取30 40mm 2 1汽包及其内部装置 由一层或数层钢丝网和拉网钢板间隔排列而成的一种分离器 如图2 8所示 这种分离器与汽流的接触面积很大 汽流中水滴易于吸附在钢丝网上 达到汽水分离的目的 这种分离器结构简单 阻力较小 适用于无除氦设备的小型锅炉上 钢丝网宜用不锈钢丝制成 否则腐蚀较快 氧化物易堵住网孔 2 1汽包及其内部装置 2 1 2 7钢丝网分离器 2 1汽包及其内部装置 图2 8钢丝网分离器 蒸汽锅炉的给水大多由上锅筒引入 给水管的作用是将锅炉给水沿锅筒长度方向均匀分配 避免过于集中在一起 从而破坏正常的水循环 同时为避免给水直接冲击锅筒壁 造成温差应力 给水管将水注入给水槽中 如图2 9所示 给水管的位置应略低于锅筒的最低水位 给水管上开有直径为8 12mm的小孔 孔间中心距为100 200mm 2 1汽包及其内部装置 给水均匀引入蒸发面附近 可使蒸发面附近锅炉水含盐量降低 消除蒸发面的起沫现象 从而减少蒸汽带水的含盐量 2 1汽包及其内部装置 2 1汽包及其内部装置 图2 9给水管示意图 连续排污装置的作用是排走含盐浓度较高的锅炉水 使之含盐量降低 以防止锅炉水起沫 造成汽水共腾 通常在蒸发面附近沿上锅筒纵轴方向安装一根连续排污钢管 如图2 10所示 在排污管上装设许多上部有锥形缝的短管 缝的下端比最低水位低40mm 以保证水位波动时排污不会中断 2 1汽包及其内部装置 2 1汽包及其内部装置 图2 10连续排污装置 配水管的作用是将锅炉回水分配特定位置以保证锅炉正常的水循环 对于没有锅炉管束的锅炉 配水管将回水分配到冷水区 通常为锅筒的两端 而对于带有锅炉管束的锅炉 配水管将回水均匀地分配到各下降区 给水分配管的结构一般是将分配管的端头堵死 在管侧面开孔 开孔方向正对下降管入口 2 1汽包及其内部装置 2 1 5 1配水管 自然循环热水锅炉是靠水的密度差循环的 为了在锅筒内形成明显的冷 热水区 使锅炉回水尽量少与热水混合 防止热水直接进入下降管 通常在热水锅炉锅内不同位置上加装隔水板 2 1汽包及其内部装置 2 1 5 2隔水板 对于汽 水两用锅炉 热水引出管一般在上锅筒最低水位下50mm的热水区呈水平布置 而对于自然循环热水锅炉 一般是从上锅筒热水区垂直引出 并在引出管前加集水管 以使抽出的热水沿锅筒长度方向比较均匀 在集水管上沿圆周方向均匀开有直径为8 12mm的小孔 2 1汽包及其内部装置 2 1 5 3热水引出管 2 2水冷壁管及对流管束 锅炉水冷壁管的水循环如图2 11所示 由锅筒 下降管 联箱和水冷壁管构成水循环回路 布置在炉膛内的水冷壁管受到火焰和高温烟气辐射的热量加热后 管内水的温度迅速升高 一部分水汽化 在管内形成汽水混合物 布置在炉墙外侧下降管中的水 由于不受热 它的密度 s就大于汽水混合物的密度 qs 对于A A截面来说 下降管一侧的水压为 sgH 水冷壁一侧汽水混合物的压力为 qsgH 显然 下降管一侧的压力大于水冷壁一侧的压力 二者之差称为流动压头 gH s qs 在流动压头的作用下 水从下降管向水冷壁管 上升管 不断地循环流动 这种现象称为自然循环 蒸汽锅炉中普遍采用自然循环 当利用水泵的压力来完成锅炉水流动时 如某些热水锅炉和大型蒸汽锅炉 直流锅炉 称为强制流动 在工业锅炉中 通常将整个锅炉的水循环分成几个独立的循环回路 每个回路都有各自独立的上升管 下降管和联箱 只有锅筒为各循环回路共有 图2 12是SEP型锅炉的几个循环回路 2 2水冷壁管及对流管束 受热面管束布置不合理或者运行不当 都会使水循环发生故障 影响锅炉运行的安全性和可靠性 常见的水循环故障有以下几种情况 1 汽水停滞在一排并联的水冷壁管中 如果有几根水冷壁管表面结渣或炉膛内烟气偏向流动 那么这几根水冷壁管受热量减小 则推动水循环的压力差也相应地减少 水循环速度缓慢 严重的会发生水循环停滞的现象 2 2水冷壁管及对流管束 2 汽水分层在水管锅炉中 如果受热管水平放置或微斜放置 而流速很低时 那么由于此时汽与水的密度不同 蒸汽偏于管子的上部流动 水在下部流动 形成汽水分层 水冷壁管径越大 出现汽水分层的可能性越大 管子上半部就可能过热烧坏 因此 炉膛顶部的水冷壁管 其倾角应大于15 2 2水冷壁管及对流管束 3 下降管带汽在下降管中流动的应全部是水 如果水中含有蒸汽 其密度减小 水循环的压力差就会减小 严重时会发生水循环停滞 甚至倒流现象 下降管带汽的原因 可能是下降管入口与蒸发面距离太近 当水急速流入下降管时产生漩涡 把水面上的蒸汽卷进下降管 也可能是水冷壁出口与下降管入口的距离太近 使一部分蒸汽未升到水面就被吸入到下降管中去了 2 2水冷壁管及对流管束 2 2水冷壁管及对流管束 图2 11蒸汽锅炉水循环 2 2水冷壁管及对流管束 图2 12SEP型锅炉水循环示意图 水冷壁管垂直布置在炉膛内四周 其主要作用是吸收高温烟气的大量辐射热 同时可以减少熔渣和高温烟气对炉墙的损坏 保护炉墙 水冷壁管下端与下集箱相连 下集箱通过下降管与锅筒的水空间相连 上端直接与上锅筒连接 或接到上集箱经导汽管与锅筒连接 构成水冷壁的水循环系统 2 2水冷壁管及对流管束 水冷壁管通常采用外径51 76mm 壁厚3 5 6 0mm的10号或20号无缝钢管 管中心距一般为管外径的1 25 2倍 有光管和鳍片管两种 在工业锅炉中一般采用光管水冷壁 对于快装锅炉 为减轻炉墙重量 常采用鳍片管组成膜式水冷壁 这对炉墙的保护更加彻底 使炉墙温度大大降低 炉墙重量和厚度也减少很多 水冷壁管一般都是上部固定 下部能自由膨胀 水冷壁管的上集箱固定在支架上或与上锅筒相连接 下集箱由水冷壁管悬吊着 水冷壁管本身由拉钩限制其沿水平方向移动 从而保证它只能上下滑动 2 2水冷壁管及对流管束 连接水冷壁管的上 下集箱是由直径较大的无缝钢管制成 集箱两端设有手孔 以便清除水垢时用 下集箱上还设有定期排污管 以便排除锅炉水中沉积的水渣和锅炉放空时用 2 2水冷壁管及对流管束 对流管束通常是由连接上 下锅筒间的管束构成 全部对流管束都布置在烟道中 受烟气的冲刷而换热 也称对流受热面 是另一种主要受热面 连接方式有胀接和焊接两种 对流管束管径一般为51 63 5mm 排列方式有错排和顺排两种 如图2 13所示 错排管束的传热效果好 但清灰和检修不如顺排管束方便 2 2水冷壁管及对流管束 对流管束的传热效果主要取决于烟气的流速 提高烟气的流速 可使传热增强 节省受热面 但其阻力和运行费用增加 烟气流速过小 容易使受热面积灰 影响传热 对于水管锅炉 燃煤时 烟气流速一般在10m s左右 燃油燃气锅炉则高些 对于烟管锅炉 燃煤时 烟气流速一般为15 20m s 燃油 燃气锅炉为20 30m s 2 2水冷壁管及对流管束 虽然对流管束都吸收热量 没有单独不受热的下降管 但水循环是存在的 按烟气流的方向 烟气先经过的管束受热较强 管内水向上流动 成为上升管 烟气后经过的管束 受热较弱 管内水向下流动 成为下降管 形成水循环 在实际运行中 锅炉烟气温度和流速随锅炉负荷而变化 因此整个对流管束的上升管与下降管没有固定界线 2 2水冷壁管及对流管束 2 2水冷壁管及对流管束 图2 13对流管束的排列或方式 a 顺排 b 错排 2 3锅炉辅助受热面 蒸汽过热器的作用是将上锅筒引出的饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽 工业用汽多为饱和蒸汽 故一般锅炉中多不设置蒸汽过热器 只有在生产用汽需要较高的温度 而不需要提高蒸汽压力 或为了在蒸汽输送过程中减少冷凝损失而需要过热蒸汽时 才在锅炉中装设蒸汽过热器 蒸汽过热器的结构如图2 14所示 它是由蛇形无缝钢管管束和进出口及中间集箱等组成 由汽锅生产的饱和蒸汽引入过热器进口集箱 然后分配经各并联蛇形管受热升温至额定值 最后汇集于出口集箱由主蒸汽管送出 蒸汽过热器按传热方式不同 分为辐射式 半辐射式和对流式三种类型 按放置形式不同 分为立式和卧式两种 供热锅炉多采用立式对流式过热器 布置在对流管束之间 烟温为850 950 的烟道中 蒸汽过热器中蒸汽流速一般为15 25m s 烟气流速为10 15m s 过热器出口集箱或管道上装有安全阀 主汽阀 排汽阀以及蒸汽压力表和温度计 2 3锅炉辅助受热面 2 3锅炉辅助受热面 图2 14垂直式蒸汽过热器构造示意图 省煤器是给水的预热设备 它装置在锅炉的尾部烟道 吸收烟气的热量 对流换热 有效地降低排烟温度 提高热效率 节约燃料 同时 由于提高了给水温度 还可减小因温差而引起锅筒壁的热应力 有利于延长锅筒的使用寿命 对于供热锅炉 省煤器一般用铸铁制造 可降低锅炉造价 2 3锅炉辅助受热面 省煤器按制造材料的不同 可分为铸铁省煤器和钢管省煤器两种 按给水被预热的程度 可分为沸腾式和非沸腾式两种 在供热锅炉中使用最普遍的是非沸腾式铸铁省煤器 它是一根外侧带有方形鳍片的铸铁管 通过180 弯头串接而成 如图2 15 图2 16所示 水从最下层排管的一侧端头进入省煤器 水平来回流动至另一侧的最末一根 再进入上一层排管 如此自下向上流动 受热后送入上锅筒 烟气则由上向下横向冲刷管簇 与水逆流换热 2 3锅炉辅助受热面 铸铁省煤器耐磨性及耐腐蚀性均较好 但铸铁性脆 强度低 且不能承受水击 因此 铸铁省煤器只能用作非沸腾式省煤器 且锅炉工作压力应低于2 5MPa 为了保证铸铁省煤器的可靠性 要求经省煤器加热后的水温比其饱和温度至少低30 以防产生蒸汽 在容量较大的供热锅炉上 采用给水热力除氧处理或给水温度较高时 铸铁省煤器加热温度就受到了限制 另外 给水除氧解决了金属腐蚀问题 此时可采用钢管省煤器 优点是工作可靠 体积小 重量轻 2 3锅炉辅助受热面 钢管省煤器由并列的蛇形管组成 通常用外径为25 42mm的无缝钢管制作 呈错列布置 上 下端分别与出口集箱和进口集箱连接 再经出水引出管直接与锅筒连接 中间不设置阀门 如图2 17所示 由于钢管的承压能力好 钢管省煤器可以用作沸腾式省煤器 但最大沸腾度应不超过20 否则流动阻力太大 为了保证 监督铸铁省煤器的安全运行 在其进口处应装置压力表 安全阀及温度计 在出口处应设安全阀 温度计及放气阀 如图2 18所示 进口安全阀能够减弱给水管路中可能发生水击的影响 出口安全阀能在省煤器汽化 超压等运行不正常时泄压 以保护省煤器 放气阀则用以排除启动时省煤器中的大量空气 2 3锅炉辅助受热面 2 3锅炉辅助受热面 图2 15铸铁省煤器安装组合简图 2 3锅炉辅助受热面 图2 16铸铁省煤器结构图 2 3锅炉辅助受热面 图2 17钢管省煤器 2 3锅炉辅助受热面 图2 18铸铁省煤器附件及管路 空气预热器 简称空预器 是利用锅炉尾部烟气的热量加热燃料燃烧所需空气的换热设备 当锅炉给水采用热力除氧或锅炉房有相当数量的回水时 因给水温度较高而使省煤器的作用受到限制 省煤器出口烟温较高 此时设置空气预热器 可以有效地降低排烟温度 减少排烟损失 同时可提高燃烧所需空气的温度 又可改善燃料的着火和燃烧过程 从而降低各项不完全燃烧损失 提高锅炉热效率 2 3锅炉辅助受热面 空气预热器按传热方式可分为导热式和再生式两类 导热式空预器 烟气和空气各有自己的通道 热量通过传热壁面连续地由烟气传给空气 在再生式空预器中 烟气和空气交替流经受热面 烟气流过时将热量传给受热面并积蓄起来 随后空气流过时 受热面将热量传给空气 导热式空预器有板式和管式两种 供热锅炉大多采用管式空气预热器 管式空预器有立式和卧式之分 图2 19为一立式空预器 它是由许多竖列的有缝薄壁钢管和管板组成 管子上 下端与管板焊接 形成方形管箱结构 烟气在管内自上而下流动 空气则在管外作横向冲刷流动 如果空气需要作多次交叉流动 则可在管箱中间设置相应数目的中间管板作为间隔 2 3锅炉辅助受热面 空预器常用管径为30 40mm 壁厚为1 2 1 5mm的管子 管子采用错列布置 管子根数及管距取决于烟气流速 一般情况下 烟气流速在10 14m s 空气流速一般取烟气流速的45 55 烟气流速过低 不利于传热 也易导致烟灰沉积 烟气流速过高 流动阻力增大 使通风设备电耗增加 空气预热器的管箱是通过下管板支承在空预器的框架上 框架再与锅炉构架相连 在运行时 管子直接受热温度较高 其膨胀伸长量要比外壳大 而外壳则又比锅炉构架的伸长量大 因此 管板与外壳 外壳与锅炉构架之间都必须装设由薄钢板制作的补偿器 又名膨胀节 以补偿部件间的不同伸缩 既允许各部件相对移动 又能有效地防止漏风 2 3锅炉辅助受热面 2 3锅炉辅助受热面 图2 19立式空气预热器结构示意图 2 4炉墙 钢架 吹灰器 炉墙是构成锅炉燃烧室和烟道的外壁 阻止热量向外散失 起着保温和密封的作用 并使烟气按指定的方向流动 炉墙须满足如下要求 应有良好的绝热性 耐热性 严密性 抗蚀性和防振性 并有足够的机械强度和承受温度急剧变化的能力 还应有重量轻 便于施工和价格低的特点 砌筑炉墙常用材料有以下几种 耐火黏土砖又名耐火砖 是由耐火黏土 即焙烧过的黏土 和用作黏合剂的生黏土混合后 经高温烧制而成 按化学成分不同可分为酸性砖和碱性砖 因为灰渣呈碱性 锅炉炉墙通常用碱性砖 以防其腐蚀 按耐火温度不同可分为甲 乙 丙三级 各级耐火能力分别为1730 1675 1580 耐火砖的密度为1 8 2 2t m3 耐火黏土砖的特点是 耐热性好 机械强度大 价格低 因此应用广泛 它一般用于炉膛内衬墙和烟温高于600 的烟道中 2 4炉墙 钢架 吹灰器 2 4 1 1耐火粘土砖 由硅藻土掺入锯末或泥煤经过熔烧而成 硅藻土砖的特点是 密度小 为0 5 0 6t m3 导热能力小和具有一定的耐热性 但是其机械强度小 抗腐蚀性差 所以放在耐火砖外侧 起保温作用 2 4炉墙 钢架 吹灰器 2 4 1 2硅藻土砖 普通红砖是用普通黏土和少量砂子焙烧而成 密度为1 7 1 8t m3 主要用于锅炉燃烧室的炉墙外层或低温烟道上 其耐温能力不超过600 2 4炉墙 钢架 吹灰器 2 4 1 3普通红砖 在砌筑炉墙时 还要用到耐火土 铬铁矿砂等调制成的各种耐火涂料以及珍珠岩等保温材料 炉墙按构造不同分为重型炉墙 轻型炉墙 敷管炉墙三种 1 重型炉墙炉墙直接砌筑在锅炉基础上 全部重量由基础承担 炉墙高度一般不宜超过12m 适用于蒸发量小于35 的锅炉 2 4炉墙 钢架 吹灰器 2 4